低噪声放大器高重频脉冲损伤机理研究

作     者：叶东林 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐建华

授予年度：2022年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080902[工学-电路与系统] 08[工学] 

主      题：低噪声放大器 HPM效应 高重频脉冲 热电耦合 热积累效应 

摘      要：接收机前端系统中,低噪声放大器(LNA)和混频器是较为核心且灵敏的敏感器件,高功率微波(High Power Microwave,HPM)电磁环境下容易受到前门耦合损伤,造成接收机功能失效。HPM电磁环境波形参数丰富,包括功率、频率、脉宽、重频等。研究表明,微波脉冲波形参数对典型电子器件效应阈值表征影响很大,其中微波脉冲功率、频率和脉宽等参数效应机理已基本明确。但高重频参数下(大于kHz)HPM效应机理研究较少。随着HPM电磁辐射重频参数的不断提高,了解及掌握高重频HPM电磁脉冲对低噪放的损伤效应及机理非常重要。基于热动力学与电子电路拓扑类比方法,论文构建了低噪声放大器的高重频毁伤效应电路模型,通过该电热耦合电路模型在电路仿真软件ADS下进行LNA电路级的瞬态热毁伤效应模拟仿真,从温升规律角度合理解释了高重频微波脉冲作用下,低噪声放大器的热积累毁伤效应机理规律;开展了S波段BJT低噪声放大器效应样品设计、加工与测试;搭建了S波段高重频微波脉冲注入效应试验平台,开展了重频(1Hz～10MHz)参数的HPM效应试验研究,获得脉冲重频参数对LNA损伤阈值与损伤概率的影响规律。仿真计算与试验数据分析表明:脉冲重频低于500kHz时,仿真计算显示无明显温升积累,脉冲重频大于500kHz后,每一个脉冲循环后器件温度均有一定程度的升高,多个脉冲循环后器件由于温度过高而烧毁,并且温度积累程度与脉冲重频和脉冲数量成正相关。注入试验表明LNA的损伤阈值与重频呈明显的拐点特征,拐点值范围约500kHz～1MHz。在脉冲重频大于拐点值时,出现了明显的脉冲积累效应,LNA损伤阈值随着脉冲数和重频的增加而减小、损伤概率与脉冲数和重频成正相关。而脉冲重频低于拐点值时,LNA的损伤阈值与损伤概率无明显变化,与重频和脉冲数无关。实验与仿真结果的高重频毁伤阈值相差不大,重频参数的毁伤机理规律基本一致,实验验证了本文热毁伤模型的有效性。